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Tipo: Tese
Título: Space-time variations of environmental indicators of vegetation development in ice-free areas of Maritime Antarctica
Autor(es): Ferrari, Flávia Ramos
Abstract: The relationship between the environment and the form of vegetation growth materializes in Antarctic vegetation due to its high sensitivity to environmental changes. On a regional scale, the climate in Antarctica is the main driver that affects plant community diversity and structure, however, on a smaller scale, topography and soil properties are the more important factors. With the increase in temperature and subsequent glacier retreat, new areas are exposed. Monitoring the vegetation distribution, biogenic factors, and the glacier retreat are key factors that predict the ecological responses due to the climate changes. The study aimed to evaluate how environmental conditions influence and interact with the distribution of plant communities, identifying biotic (birds and soil microbial composition) and abiotic (soils, landscape, and greenhouses gases) factors that interfere in the dynamics of the Antarctic ecosystem. This evaluation was conducted in three distinct Antarctic regions in the South Shetland Archipelago: Thomas Point and Demay Point in King George Island, and Harmony Point in Nelson Island. For this, we measure the laboratory greenhouse gases production potential at four different temperatures (-2, 4, 6, and 22 ºC), from 11 communities in a topography gradient. To evaluate the net ecosystem CO 2 exchange from soil covers, compare the microbial community, and characterize the compounds of organic matter, we analyzed distinct vegetation covers with light chamber systems and sample soils. In three rocky outcrops, we used linear mixed effect models and soil chemistry and physical analyses to evaluate the plant frequency and coverage, richness patterns, and the main effects of potential predictors. We identify 11 plant communities through a phytosociology survey, product orthomosaic with high resolution from drone aerial images, and mapped the mean vegetation, glaciers, and total bare soil through manual classification and machine learning using the models avNNet, kknn, and rf were predicted, based in 10 classes. We compared the glacier retreating and total bare soil area in three ortho imagens from distant years. Our results showed that there is an overall trend of increasing greenhouse gases production potential with increasing temperature along a toposequence, with N 2 O sink in most communities at -2 ºC, and the highest CH 4 emissions in moss carpets. Net ecosystem exchange of CO 2 exhibits variation between sites and plant covers, microbial community, and phosphorus availability, with higher CO 2 emissions due to organic matter deposited, soil microbial diversity, and the lack of current vegetation. We found that changes in the substrate along the outcrops presumably also promote high species turnover between the three rocky fragments, where habitat-mediated filtering can determine species richness differences. The avNNet predictor had higher accuracy and when comparing the automatic with the manual method of mapping, they diverge in diverse situations, but machine learning is possible to predict ice-free areas and help the field efforts in Antarctica. Keywords: Plant communities. Glacier retreat. Climate change.
A relação entre o ambiente e a forma de crescimento da vegetação se materializa claramente na antártica devido à sua alta sensibilidade às mudanças ambientais. Em escala regional, o clima na Antártica é o principal fator que afeta a diversidade e estrutura da comunidade vegetal, no entanto, em menor escala, a topografia e as propriedades do solo são os fatores mais importantes. Com o aumento da temperatura e posterior recuo das geleiras, novas áreas são expostas. O monitoramento da distribuição da vegetação nessas áreas, dos fatores biogênicos e do recuo das geleiras são fatores-chave que predizem as respostas ecológicas devido às mudanças climáticas. Este estudo teve como objetivo avaliar como as condições ambientais influenciam e interagem com a distribuição das comunidades vegetais, identificando fatores bióticos (aves e composição microbiana do solo) e abióticos (solos, paisagem e gases de efeito estufa) que interferem na dinâmica do ecossistema antártico. Foram visitadas três regiões antárticas distintas no Arquipélago de Shetland do Sul: Thomas Point e Demay Point na Ilha Rei George, e Harmony Point na Ilha Nelson. Assim, mediu-se o potencial de produção de gases de efeito estufa em laboratório de 11 comunidades em um gradiente topográfico, à quatro temperaturas diferentes (-2, 4, 6 e 22 ºC). Para avaliar a troca líquida de CO 2 do ecossistema a partir das coberturas do solo, comparar a comunidade microbiana e caracterizar os compostos da matéria orgânica, analisamos coberturas vegetais distintas com sistemas de câmaras claras e amostras de solos. Em três afloramentos rochosos, utilizou-se modelos lineares de efeitos mistos e análises químicas e físicas de solo para avaliar a frequência e cobertura de plantas, padrões de riqueza e os principais efeitos de potenciais preditores. Identificamos 11 comunidades vegetais através de um levantamento fitossociológico, produto ortomosaico com alta resolução a partir de imagens aéreas de drones, e mapeou-se a vegetação média, geleiras e solo nu total por meio de classificação manual e machine learning usando os modelos preditores avNNet, kknn e rf, baseado em 10 classes. Comparou-se o recuo da geleira e a área total de solo descoberto em três ortoimagens de distintos intervalos de anos. Os resultados mostraram que há uma tendência geral de aumento do potencial de produção de gases de efeito estufa com o aumento da temperatura, com sumidouro de N 2 O na maioria das comunidades a -2 ºC, e maiores emissões de CH 4 em tapetes de musgo. A troca líquida de CO 2 no ecossistema apresenta variação entre locais, coberturas vegetais, comunidade microbiana e disponibilidade de fósforo, com maiores emissões de CO 2 devido à matéria orgânica depositada, à diversidade microbiana do solo e à falta de vegetação atual. Descobriu-se que mudanças no substrato ao longo dos afloramentos rochosos também promovem alta rotatividade de espécies entre os três fragmentos rochosos, onde a filtragem mediada pelo habitat pode determinar diferenças na riqueza de espécies. O preditor avNNet teve maior precisão e ao comparar o método automático com o manual de mapeamento, divergindo em diversas situações, mas com o aprendizado de máquina é possível prever áreas livres de gelo e auxiliar os esforços amostrais na Antártica. Palavras-chave: Comunidades vegetais. Mudanças climáticas. Recuo de geleiras.
Palavras-chave: Comunidades vegetais - Antártica, Península
Mudanças climáticas - Antártica, Península
Geleiras - Antártica, Península
CNPq: Ciências Biológicas
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Botânica
Citação: FERRARI, Flávia Ramos. Space-time variations of environmental indicators of vegetation development in ice-free areas of Maritime Antarctica. 2022. 184 f. Tese (Doutorado em Botânica) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Identificador DOI: https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.361
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/29636
Data do documento: 30-Mai-2022
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